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SS-BC2-6B04

履修条件・関連科目等

学部一年次レベルの線形代数および微分積分の知識を前提として講義を実施する。本講義では量子化学計算の理論の詳しい解説と、計算の実践演習を組み合わせた講義を行う。

授業で使用する言語

日本語

授業で使用する言語（その他の言語）

授業の概要

座学と PC 演習を組み合わせた形式により、量子化学の基礎理論の理解から、応用計算の実施スキルを学ぶ。分子論的に分子構造を扱う量子化学の基礎について、分子を記述する基本方程式「シュレーディンガー方程式」を導入する。PC を用いてシュレーディンガー方程式を、原子→二原子分子→多原子分子と順をおって具体的に解くことで、分子機能の理論的な設計方法について系統的に学習する。

科目目的

本科目の履修者は、一連の講義を通じて、量子化学が「分子の構造・物性・反応」を理解するために必須な基本ツールであることを学ぶ。この科目は、カリキュラム上の「選択必修科目」として位置付けられている。本講義では、量子化学理論の説明だけにとどまらず、IT センターの PC 資源を活用した量子化学計算実習を実施する。理論と実習を併せた実践的学習により、量子化学が、物理化学分野のみならず、有機化学・無機化学・生物化学・化学工学などあらゆる分野に広く寄与する学問であることを習得することを目的とする。

到達目標

種々の分子の物性が、電子波動関数とそれに対応するエネルギー固有値から予測できることを理解する。電子波動関数を求めるシュレーディンガー方程式を、PC を用いて解く手段を身につけることで、量子化学的に分子の構造・物性・反応解析を実施できるようになることを目標とする。

授業計画と内容

1. ガイダンス：量子化学は何の役に立つのか
2. 電子は粒子か波か：箱型ポテンシャル
3. 原子軌道と分子軌道：波を原子に結びつける
4. ヒュッケル分子軌道法：分子を行列で考える
5. 紙と鉛筆の限界：なぜ計算機が必要か
6. 半経験法：速さを選ぶという割り切り
7. Hartree–Fock 法：平均場という出発点
8. 電子相関とは何か：HF が捨てたもの
9. 相関を足すという思想：MP2 と CC
10. 基底関数：精度の正体
11. 密度汎関数法（DFT）：相関への別解
12. 環境効果：溶媒はどこに入るのか
13. 励起状態の入り口：ZINDO から TDDFT へ
14. まとめ：量子化学で何が判断できるようになったか

授業時間外の学修の内容

指定したテキストやレジュメを事前に読み込むこと／授業終了後の課題提出

授業時間外の学修の内容（その他の内容等）

授業時間外の学修に必要な時間数／週

・毎週１回の授業が半期（前期または後期）または通年で完結するもの。１週間あたり４時間の学修を基本とします。
・毎週２回の授業が半期（前期または後期）で完結するもの。１週間あたり８時間の学修を基本とします。

成績評価の方法・基準

成績評価の方法・基準（備考）

全てのレポート課題を期日中に提出することを、合格の必須条件とする。その上でトータルのレポート評点6割以上を合格とします。

課題や試験のフィードバック方法

授業時間内で講評・解説の時間を設ける／授業時間に限らず、manabaでフィードバックを行う

課題や試験のフィードバック方法（その他の内容等）

アクティブ・ラーニングの実施内容

PBL（課題解決型学習）／実習、フィールドワーク

アクティブ・ラーニングの実施内容（その他の内容等）

授業におけるICTの活用方法

その他

授業におけるICTの活用方法（その他の内容等）

毎回出題される課題を予習復習して受講すること

実務経験のある教員による授業

いいえ

【実務経験有の場合】実務経験の内容

【実務経験有の場合】実務経験に関連する授業内容

テキスト・参考文献等

テキスト：
PDF 資料を配布する。

参考書：
● アトキンス著、千原・稲葉訳「物理化学要論 第７版」（東京化学同人）
● マッカーリ・サイモン著、千原・江口・齋藤訳「物理化学（上）分子論的アプローチ」（東京化学同人）
● 類家正稔著　詳解 量子化学の基礎（電機大出版局）
● 平尾 公彦 (監修), 武次 徹也 (編集, 著) すぐできる量子化学計算ビギナーズマニュアル（講談社）

その他特記事項

中学校及び高等学校一種免許状（理科）の教員免許の取得において、本科目は2017年度以前入学生は必修科目、2018年度以降入学生は選択科目の一つである。
講義に対するレポート提出100%で評価する講義であるため、再試験ではなく再履修登録すること。

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